Т.А. ВОРОБЬЕВА,
учитель биологии
гуманитарно-экономической гимназии № 1529,
г. Москва

Окончание. См. № 3/2007

Об аббате августинского монастыря, горохе и приоритетах в науке

Памятник Грегору Менделю

Далее в статье говорится об абсолютно новой, доселе никем еще не ставившейся экспериментальной задаче: с помощью детальных исследований растений из различных семейств «с точностью определить число новых форм, получаемых от скрещивания в потомстве, распределить их по отдельным поколениям и установить их взаимное числовое отношение...»

Патера Менделя интересуют именно числовые соотношения! Еще многие годы этот метод будет пробивать себе дорогу. Даже в начале XX в. немногие биологи считали необходимым оценивать биологические явления количественно.

Такая постановка эксперимента вытекала из многолетних наблюдений Менделя. Он тщетно пытался заставить расти в монастырском саду пшеницу, непривычную к моравскому климату. Да и дикорастущие растения, выкопанные им в окрестностях города, привычные к иной почве и соседству, не всегда приживались. А весь тогдашний биологический мир считал, что под влиянием условий культивирования у растений и животных могут появляться новые, передающиеся по наследству, признаки!

В менделевской библиотеке много книг по биологии, испещренных пометками. Здесь и Кельрейтер, и Гартнер, и Дарвин. Он очень серьезно изучал эти книги. «Происхождение видов...» поразило умы людей того поколения. Все бредили Дарвином. Мендель читал его труд с карандашом в руках и понимал, что в теории чего-то не хватает... А не хватало в ней теории наследственности!

В 1867 г. инженер Дженкин обвинил Дарвина в том, что тот приписал отбору действия, которые он совершить не может. По Дарвину, вид изменяется, когда у его представителей накопится достаточное количество передаваемых по наследству мелких изменений. По мере их накопления естественный отбор вершит свой суд, оставляя в живых только наиболее приспособленных к условиям среды особей. Но в жизни – рассуждал Дженкин – мелкие наследственные изменения возникают не у всех особей, а лишь у некоторых. Эти изменения не могут накапливаться, ибо каждое скрещивание, по его мнению, вело к разбавлению признака. А раз так, то должное накопление нереально. И, следовательно, вся теория отбора неверна.

Дарвин тогда не нашел аргументов для отпора своему оппоненту. А уже вышедшая к тому времени работа Грегора Менделя не была понята современниками. И весь мир как будто забыл о работах, проделанных сто лет назад Иозефом Готлибом Кельрейтером, которые изучал Мендель.

В Санкт-Петербурге профессор Кельрейтер проводил скрещивание китайской и махровой гвоздик, а также разных сортов табака для доказательства существования пола у растений. Он пришел к выводу, что пыльца и яйцеклетки растений – равноправные носители наследственных признаков в организме растения. Он получал интересные наследственные гибридные формы табака. В 1761 г. ему удалось получить группу растений, у которых практически незаметны были признаки материнского растения. Это стало возможным при опылении в течение 5 лет подряд изначально полученной гибридной формы и ее последующего потомства пыльцой растения только отцовского вида.

Вслед за Кельрейтером преобладание признаков одного из растений в первом поколении гибридов у многих растений и проявление признаков второго родителя в последующих поколениях были отмечены англичанами Найтом и Госсе, французами Сажре и Ноденом.

Но никто до Менделя не обращал внимание на количественные соотношения таких скрещиваний, никто не обрабатывал полученные результаты математически, а значит, не мог вывести закономерностей. Работая с горохом, Мендель придерживался в скрещивании классической Кельрейтеровской схемы.

В работу он брал только «чистые линии», с повторяющимися из поколения в поколение признаками. Он прозорливо выделил основные элементы природной игры, четко увидел элементарное природное явление, сумел отделить его от других!

Более 30 сортов использовал Мендель в эксперименте. И каждый из них был в течение двух лет проверен на постоянство признаков. На 10 тыс. растений, полученных в результате скрещивания и от самоопыляющихся гибридов, были заведены карточки. Записи в них дотошно аккуратны: какое родительское растение выращено, какие цветы у него были, чьей пыльцой произведено опыление, какие горошины по форме и цвету, и так далее.

Семь признаков по Найту выделил Мендель у садового гороха. И, главное, в своих опытах при скрещивании он следил только за одним из них, а не за всеми сразу, что позволило ему вычленить из хаоса элементарное природное явление.

Рабочие архивы Грегора Менделя дошли до нас с серьезными потерями. Они с молчаливого согласия его племянника были за ненадобностью сожжены. Из всего рабочего архива сохранился лишь один листок с расчетами и с вариантом буквенного кодирования признаков. Большими буквами алфавита (А, В, С, D, E, F, G) Мендель обозначил господствующие признаки, а малыми (a, b, c, d, e, f, g) – подавляемые во время скрещивания.

«В этом поколении наряду с доминирующими признаками вновь появляются также рецессивные со всеми их особенностями и притом в ясно выраженном среднем отношении 3 : 1». Каждому из выводов предшествовали тщательные статистические выкладки, а к статистике биология того времени приучена не была.

Менделю удалось сделать невероятное для своего времени открытие. Он исследовал то, что в сегодняшней кибернетике носит название «черный ящик» – известно лишь то, что мы имеем на входе в систему и на выходе из нее, но ни малейшего представления о том, что происходит внутри.

Но патер Грегор сумел понять, что за исчезновением признака и его появлением вновь стоит некое материальное начало. Он вводит в биологию новый термин – Anglagen – «наследственный задаток». Из этого понятия и родилась генетика.

Инструменты Менделя

В небольшом палисаднике под окнами монастырской кухни, размером 35 х 7 м, были взращены самоопыляющиеся горохи... Анализируя материал, Мендель проследил и понял схему передачи признаков по наследству. Ему уже было ясно, что открытые им законы охватывают процессы наследственной передачи у всех иных живых организмов. «...Только опыт может решить, вполне ли сходно ведут себя изменчивые гибриды других видов растений, однако следует предполагать, что в основных моментах не может быть принципиального различия, так как единство плана развития органической жизни стоит вне сомнения».

После 8 лет кропотливого эксперимента он решил огласить свой труд на заседании Брюннского общества естествоиспытателей. Созданное в 1862 г., оно могло издавать свои письменные труды. О его работе регулярно сообщали официальные газеты.

8 февраля и 8 марта 1865 г. Мендель впервые поведал миру об опытах над растительными гибридами. И хотя он детально излагал ход своих рассуждений, тщательно выбирал для показа свои горохи, коллеги отнеслись ко всему изложенному достаточно холодно. Не возникло желания даже повторить эксперимент, а не только глубоко разобраться в его выводах.

Мендель рассчитывал найти поддержку, хотел, чтобы его результаты были подкреплены исследованиями других людей. Но математичность его работы привела ученых в смятение. Он заработал даже шутливое прозвище «Наш ботанический математик». Биология была наукой описательной, где больше поощрялось точное копирование природной формы, чем анализ закономерностей. Стали поговаривать, что патера потянуло на мистику. Право, когда монах выводит закономерность 3 к 1, да еще повторяет ее многократно в докладе, невольно возникает опасение: «А не пытается ли он найти в ботанике закон, напоминающий всем о Триединой Троице».

Но, несмотря на прохладное отношение коллег, в конце 1866 г. в «Трудах общества естествоиспытателей» появился доклад Менделя «Опыты над растительными гибридами». Этот том сразу попал в 120 библиотек университетов и обществ естествоиспытателей Вены, Праги, Берлина, Лондона, Парижа, Санкт-Петербурга, Филадельфии. Кроме того, Мендель разослал оттиски своего исследования крупным ботаникам того времени, которых считал способными разобраться в его работе.

Первым о работе Менделя упомянул «ординариус ботаникус» Гофман из Гессена. Второе упоминание обнаружено в магистерской диссертации молодого петербургского ботаника И.Ф. Шмальгаузена – отца замечательного ученого-дарвиниста Ивана Ивановича Шмальгаузена. «С работой Менделя «Опыты над растительными гибридами» мне случилось познакомиться только после того, как моя работа была отдана в типографию... Однако, метод автора и способ выражать свои результаты в формулах заслуживает полного внимания и должны быть дальше разработаны». Свое мнение об этой работе Шмальгаузен напечатал лишь в сноске на одной из страниц диссертации, посвященной истории гибридизации. Пожалуй, это был единственный серьезный отклик на труд Менделя при его жизни. Но Мендель не узнал о нем, так как диссертация Шмальгаузена полностью была опубликована только на русском языке – в «Трудах Санкт-Петербургского общества естествоиспытателей».

В 1875 г. работа русского ученого была напечатана на немецком языке в Botanische Zeitung, журнале, который читали все крупные биологи. Но в ее публикации редактор исключил из текста исторический обзор по проблемам гибридизации.

На работу Менделя обратил внимание выдающийся ботаник того времени Карл Негели, ученик «бога ботаников» XIX в. Пирама де Кандолля. Негели открыл сперматозоиды папоротников, занимался физиологией бактерий, техникой микроскопии, разрабатывал и теоретические проблемы наследственности.

Ему принадлежит разделение организма на «идиоплазму» – вещество, ведающее наследственностью и размножением, и «трофоплазму» – вещество, питающее «идиоплазму». Он строил сложные концепции об их взаимоотношениях и о наследовании благоприобретенных под влиянием внешней среды признаков. Он и не думал, на манер своих последователей в XX в., о «требованиях среды», которые организмы могут «ассимилировать». Он искал конкретные материальные причины изменчивости.

Что оценил Негели у Менделя? Видимо, остроту мышления, нестандартность подхода к вопросам анализа увиденных закономерностей. Сомнений в чистоте менделевского опыта у него не было. Он высеял присланные Менделем семена и сам убедился в результатах.

Но у каждого биолога есть свой излюбленный объект для наблюдений. У Негели это была ястребинка – довольно коварное растение. Ее уже тогда называли «крестом ботаников», ибо по сравнению с другими растениями процесс передачи признаков у нее был необычным. И Негели усомнился в общебиологическом значении открытых Менделем законов. Он предложил Менделю практически невыполнимую задачу: заставить гибриды ястребинки вести себя так же, как горох. Если это сделать удастся, то он поверит в справедливость выводов автора.

Опыты по скрещиванию ястребинок были бессмысленны. Три года экспериментов показали это. Мендель проводил опыты на мышах, кукурузе, фуксии – результат был! Но объяснить причину своих неудач с ястребинкой он не мог. Лишь в начале XX в. стало ясно, что существует ряд растений (ястребинка, одуванчик), которые размножаются неполовым путем (партеногенезом) и при этом образуют семена. Ястребинка оказалась растением – исключением из общего правила.

В начале 1868 г. умер прелат Напп. Открылась очень высокая выборная вакансия, сулившая счаст-ливому избраннику сан прелата, огромный вес в обществе и 5 тыс. флоринов ежегодного жалования. Капитул монастыря избрал на этот пост Грегора Менделя. По обычаю и закону настоятель монастыря Святого Томаша автоматически занимает важное место в политической и финансовой жизни провинции и всей империи.

В первые годы своего аббатства Мендель расширил монастырский сад. Там по его проекту был сооружен каменный пчельник, где обитали кроме местных пород еще и кипрские, египетские и даже «нежалящие» американские пчелы. Опыты с ястребинкой не дали нужных результатов, и он увлекся проблемами скрещивания пчел. Он пытался получить гибриды пчел, но не знал – как и все в то время, – что царица спаривается со многими трутнями и хранит сперму многие месяцы, в течение которых день за днем откладывает яйца. Поставить эксперимент по скрещиванию пчел не удастся ученым еще более полувека… Лишь в 1914 г. первые гибриды пчел будут получены, и на них также будут подтверждены открытые Менделем законы.

Очередным научным увлечением Менделя стала метеорология. В его метеорологических трудах все было просто и понятно: температура, атмосферное давление, таблицы, графики колебания температур. Он выступает на заседаниях Общества естествоиспытателей. Изучает смерч, который 13 октября 1870 г. прокатился по окрестностям Брюнна.

Но годы неумолимо берут свое... Еще летом 1883 г. прелату Менделю был поставлен диагноз: нефрит, сердечная слабость, водянка... – и предписан полный покой.

Он не мог уже выходить в сад для работы со своими маттиолами, фуксиями и ястребинками... В прошлом остались опыты с пчелами, мышами. Последнее увлечение больного аббата – изучение лингвистических явлений с помощью методов математики. В монастырском архиве были найдены листки со столбцами фамилий, оканчивающихся на «mann», «bauer», «mayer» с какими-то дробями и вычислениями. Стремясь обнаружить формальные законы происхождения фамильных имен, Мендель производит сложные подсчеты, в которых учитывает количество гласных и согласных в немецком языке, общее число рассматриваемых слов, количество фамилий и т.д. Он был верен себе и подошел к анализу языковых явлений как человек точной науки. И в лингвистику он внес статистическо-вероятностный метод анализа. В 90-е годы XIX в. лишь самые смелые лингвисты и биологи заявляли о целесообразности такого метода. Современных филологов эта работа заинтересовала лишь в 1968 г.

Грегор Мендель скончался 6 января 1884 г. в возрасте 61 года в стенах монастыря Святого Томаша в Брюнне.

За шестьдесят лет он был и студиозусом, и священником, и учителем, и исследователем, и даже политиком и вельможей – церковным и светским. Нельзя отказать ему в энергии мысли, в творческом озарении, которое верующие католики и по сей день считают благодатью, посланной богом...

Мы далеко не всё знаем о его работах и трудах. Племянник Менделя Аллоис в 1928 г. расскажет миру о том, как, почти по чистой случайности, сжег менделевский архив... То, что мы имеем сегодня на руках, – лишь крохи тех богатств, которые смогли дойти до нас через годы. Тринадцать статей Мендель опубликовал за свою жизнь: четыре по биологии, девять по метеорологии.

Имя Менделя ботаники узнали лишь в 1881 г., из вышедшей в свет монографии В.Фоке Pflanzenmischlingen, которую сам автор назвал компиляцией всех трудов по гибридизации растений. Фоке занес имя Менделя в библиографию и неоднократно упоминал его в тексте в связи с работами по скрещиванию гороха и ястребинок. Именно из книги Фоке о Менделе узнали виднейший голландский ученый XX в. Гуго де Фриз и немецкий ботаник Карл Корренс. Оба они занимались физиологией растений. Результаты наблюдений в многочисленных экспериментах по гибридизации позволили каждому из них, независимо друг от друга, сформулировать выводы, которые носили характер всеобщей закономерности в поведении гибридов. И оба считали их новаторскими. Но, изучив труды Менделя, оба признали его приоритет в открытии первых законов новой науки – генетики. Впрочем, Мендель лишил славы не только Гуго де Фриза и Карла Корренса, но еще и австрийца ботаника Эриха Чермака и англичанина Бэтсона, открывшего правила наследования в опытах по скрещиванию животных. Четыре человека одновременно пришли к осознанию важнейшего механизма бытия живой природы. Наука созрела для такого открытия. Но оно уже было сделано прежде. К отцу генетики пришла заслуженная слава – через 16 лет после смерти. Открытия аббата, монаха августинского монастыря, перевернули научный мир!

По материалам: Володин Б. Мендель. Серия ЖЗЛ. – М.: Молодая гвардия, 1968.